Сентябрьскую выездную сессию Московского межотраслевого альянса главных сварщиков (ММАГС) принимала компания из подмосковного Зеленограда НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ». Мероприятие проходило как в очном, так и в онлайн-формате и пользовалось вниманием специалистов.

 

Фото: НПЦ «Лазеры и аппаратура»

 

Конференция была посвящена вопросам лазерной сварки и смежных технологий обработки материалов, таких как проволочная и порошковая наплавка, аддитивные методы изготовления деталей. Как отметила Анна Цыганцова, генеральный директор НТЦ «Лазеры и аппаратура», организаторы намеренно отказались от сравнительных обсуждений с традиционными методами сварки, чтобы сосредоточиться на специфике именно лазерных технологий, комплексных решениях и специализированном станочном парке, который успешно конкурирует с зарубежными аналогами. Доклады представили специалисты НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» и «ВПГ Лазеруан» (ранее НТО «ИРЭ-Полюс»). Теоретическую часть дополнила экскурсия на производство (рис. 1).

 

Рис. 1. Конференция и экскурсия на производство

 

Юрий Подкопаев, президент ММАГС, отметил большой интерес профессионального сообщества к российским сварочным технологиям на основе лазерного луча, отметив сильные позиции отечественных производителей в этом направлении. Он также вспомнил о юбилейной дате ММАГС — 35‑летии организации, созданной по инициативе главного сварщика завода «Москвич» Юрия Николаевича Бутова, которая объединяет профессионалов из различных отраслей промышленности для поиска лучших решений сложных технических задач. По его мнению, только коллективные усилия позволят добиться значительных успехов в нашей стране, сократить разрыв в производительности труда, улучшить конкурентоспособность национальной экономики в современном мире.

 

НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» — российский разработчик и производитель лазерных технологических комплексов, а теперь уже и эрозионных машин, за 27 лет своего существования разработавший и выпустивший более 800 единиц оборудования (планка этого года — 
50 машин). Основные достижения компании включают: высокую степень локализации продукции (около 90%), полный замкнутый производственный цикл, инженерные решения для лазерной резки, сварки, наплавки, микрообработки, аддитивного выращивания и др., то есть выпускается широкий ассортимент специализированных машин для решения конкретных промышленных задач, например, таких востребованных, как обработка композитов (не обязательно черных — рис. 2), прецизионная резка электротехнических сталей, ремонт изношенных деталей и работа с материалами медицинского назначения, прошивка отверстий в металлической и керамической оболочках авиационного двигателя. И по большей части в качестве инструмента используются волоконные лазеры производства ООО «ВПГ Лазеруан», получившие в этом году статус отечественной продукции по ПП № 719.

 

Рис. 2. Обработка композиционных материалов на станке СЛ580 

 

 

По словам коммерческого директора НПЦ «Лазеры и аппаратура» Кирилла Жилина, требования к лазерной обработке включают:
• Большое разнообразие используемых технологий.
• Высокое качество обработки и металлографических свой­ств.
• Обработку заготовок и изделий сложной формы, в т. ч. под углом 20–90° к поверхности.
• Обработку заготовок и изделий с маленькими расстояниями до противоположной стенки.
• Большой диапазон размеров обрабатываемых изделий (от 30 мм до 2000 мм) и их толщин.
• Работу в условиях серийного производства.
Это, соответственно, влияет на требования к оборудованию. Некоторые из них:
• Максимальная модифицируемость оборудования на отработанной базе.
• Возможность использования разных конфигураций модуля инструмента.
• Функция привязки координат детали к системе координат станка (нулевое базирование).
• Пятикоординатная интерполяция.
• Интегрированные модули измерения и контроля.
• Автоматическое внесение корректировок в управляющую программу в процессе обработки изделия.

Учитывая существующий дефицит квалифицированных кадров, большое внимание следует уделять автоматизации, развитию программного обеспечения для станков, подготовке обширной базы данных технологических режимов и настроек для обработки различных материалов.

 

Компания «ВПГ Лазеруан» внесла и вносит значительный вклад в развитие отечественного рынка лазерного оборудования, целый ряд ее инновационных волоконных лазеров адаптированы для российского потребителя и под конкретные виды лазерной обработки. Компания активно развивает лазерные технологии, при этом не только осваивает мировые достижения, но и создает новые направления. Так, Сергей Петров, начальник сектора «Лазеры» отдела продаж ООО «ВПГ Лазеруан», выделил в своем докладе основные направления развития лазерных технологий сварки. Это:
• Повышение мощности лазерного излучения. Увеличение мощности лазера способствует росту производительности сварочных операций, обеспечивая более глубокую и эффективную обработку материала. Недавно компанией был выпущен 60‑киловаттный лазер (рис. 3), который полностью изготовлен на территории России, и уже принимаются заказы на изготовление лазеров мощностью до 100 кВт.

 

Рис. 3. Волоконный лазер YLS-60000 и сварочные головы FLW D30 (мощность до 30 кВт) и FLW D50 (мощность до 15 кВт) 

 

• Увеличение плотности мощности. При фокусировке лазерного луча в меньший диаметр достигается повышенная концентрация энергии, что увеличивает скорость и глубину проникновения излучения. Например, разработанный лазер с тонким волокном обеспечивает прирост производительности на 20%, а в отдельных случаях ускоряет процесс вдвое.
• Регулировка конфигурации лазерного пятна. Возможность изменять форму лазерного луча (кольцо или точка) открывает перспективы оптимизации качества шва и снижает вероятность дефектов, таких как поры. Данная технология находит широкое применение в ЕС, где каждая вторая лазерная установка оснащена подобным функционалом.
• Использование зеленого спектра лазера. Лазеры с длиной волны 532 нм позволяют эффективнее обрабатывать высокоотражающие металлы, такие как медь. Сейчас инженеры компании работают над созданием лазера мощностью 500 Вт, специально предназначенного для аддитивных технологий.
• Применение вакуума при лазерной сварке. Технология лазерной сварки в вакууме (менее глубокий вакуум, чем при электронно-лучевой сварке) улучшает проникновение лазерного луча в материал, уменьшает деформацию шва и придает ему высокий уровень эстетики.
• Создание специальных оптических головок, поддерживающих высокие уровни мощности. Так, в компании разработали оптическую головку для сварки, рассчитанную на работу с лазерами мощностью до 50 кВт, также были полностью локализованы оптические головки с функцией покачивания луча (вобблинг), позволяющей снизить требования к зазору между свариваемыми поверхностями.  Такие головы поддерживают мощность до 12 кВт, а также обладают гибкими настройками формы микроколебаний частотой до 500 Гц.
• Создание ручных систем лазерной очистки поверхностей. Разработанная в компании система лазерной очистки позволяет очищать края и швы перед сваркой, используя специальный импульсный источник излучения (рис. 4). Эффективность этого метода многократно превосходит аналогичные зарубежные решения.

 

Рис. 4. Лазерная очистка кромок и швов 

 

 

Владимир Черноволов, первый заместитель генерального директора и главный конструктор НПЦ «Лазеры и аппаратура», на примере линейки сварочного оборудования компании выделил современные технологические решения, необходимые для организации эффективной работы, обеспечения надежности и универсальности оборудования, качественной обработки широкого диапазона размеров изделий. К ним, например, относятся: совмещение систем координат изделия и инструмента; машинное зрение для определения и восстановления 3D-геометрии; построение траектории для автоматической обработки без цифровой модели; автоматизация процесса, пятикоординатная обработка для заготовок сложной формы и др.

 

Даже в рамках ручной машины в компании реализованы: сварка с контролем положения шва, работа без модели и чертежа, гибкая настройка чувствительности, возможность внесения коррекции в реальном времени при выполнении управляющей программы. Например, для сварки коробки встык без присадки, где подготовка сварочного стыка далека от идеала (отклонение от прямолинейности около 1,5 мм), можно пойти по сложному пути: каждый раз заниматься подгонкой траектории, построением по точкам некого сплайна, загрузкой алгоритма внутрь станка для работы по G-кодам и коррекцией работы, но на это способен не каждый оператор, а в рамках серийного производства (порядка 1000 шт.)  это вообще трудно выполнимо. Имея же соосный видеоканал (реализован при помощи программного модуля), можно расширить технологичность оборудования. Оператор выбирает первую и последнюю точку в траектории, запускает процесс, машина по контрастности определяет положение шва и производит коррекцию в реальном времени при движении с номинальной скоростью (рис. 5). Отслеживать положение шва можно не только на плоскости, но и в пространстве в трех координатах, например, при обработке тела вращения, которое имеет большую прецессию. Даже при качественной подготовке сварного шва может иметься отклонение за счет того, что изделие или оснастка выполнены некачественно. В этом случае позиционирование относительно оборудования — сложная задача, но станок за счет вышеперечисленных функций с ней справляется.

 

Рис. 5. Отслеживание положения шва на плоскости 

 

 

Эффективными примерами применения сварки и наплавки проволокой могут быть: прецизионная наплавка титановой проволокой 0,5 мм с боковой подачей для восстановления гребешка лопатки авиационного двигателя; восстановление наружных и внутренних диаметров гребешков лабиринтов наплавкой проволокой на основе титана и кобальтовых сплавов; пятикоординатная сварка и резка сложных форм с точностью 20 мкм, с повторяемостью 5 мкм (крупногабаритные изделия — рис. 6, малые изделия — рис. 7). Перспективным направлением развития является реализация технологии сварки и наплавки с коаксиальной подачей проволоки, поскольку в данной технологии обеспечивается возможность работы в любом направлении движения, чистота процесса, 100% КПД использования присадочного материала, высокая производительность и т. д.

 

Рис. 6. Лазерная сварка лопаток в наружные кольца титановых направляющих и спрямляющих аппаратов 

 

Рис. 7. Лазерная сварка дефлекторов 

 

 

Если говорить о порошковой наплавке, важнейшей задачей комплексов, реализующих технологию, является восстановление размеров изношенных компонентов с максимальной точностью и надежностью, позволяющее избежать дефектов и продлить срок службы изделий. Сложность процесса восстановления геометрии, в отличие от формообразования, заключается в неравномерности износа. Поэтому при создании прецизионного оборудования требуется применение высокоточных датчиков и инновационных подходов. Например, для восстановления 3D-геометрии триангуляционный датчик формирует облако точек, которое позволяет смоделировать наплавочные валики, выбрать их шаг, расположение, длину, направление, а также режимы наплавки и выгрузить все это в виде G-кода в стойку ЧПУ. Также можно выполнять наплавку и на готовых изделиях, в которых технологическая операция предусматривает нанесение покрытий с высокой твердостью до начала эксплуатации изделий.

 

При выполнении ответственных работ, например для авиастроения (рис. 8), компромиссов быть не может — деталь должна отработать в два раза больше, чем заложено, — никаких трещин, никаких пор не должно быть. Процесс должен быть воспроизводим с высокой точностью. Отработать технологический режим на глазок не получится, решать такую задачу можно только за счет автоматизации.

 

Рис. 8. Порошковая наплавка рабочей лопатки 

 

Особое внимание в компании также уделяется интеграции линейки приводов и инструментов позиционирования, что обеспечивает высочайшую точность перемещения и равномерность слоев наплавленного материала. Благодаря этому достигается долговечность и стабильность эксплуатационных характеристик ремонтируемых деталей.

 

 

В свою очередь главный технолог отделения лазерных систем ООО «ВПГ Лазеруан» Николай Грезев отметил в докладе рост актуальности в России технологии лазерной наплавки для восстановления деталей. Острая необходимость ремонта зарубежного оборудования с ограниченным доступом к комплектующим изменила привычный рейтинг применения лазерных технологий «резка — ­сварка — ­наплавка», позволив наплавке выйти на второе место. Докладчик привел целый ряд примеров из различных областей, реализованных в компании, которые подчеркивают широкие возможности этой технологии.

 

Пример 1: турбинные валы. Восстановление шеек вала турбины массой 2,5 тонны из высокопрочной стали 40ХH2МА порошком на никелевой основе (рис. 9). Шейки подвергаются интенсивному износу при взаимодействии с подшипниками. Применение технологии порошковой наплавки позволило достичь твёрдости 550 HV против первоначальной 200 HV.

 

Рис. 9. Восстановление шеек вала турбины

 

 

Пример 2: ремонт судов. Восстановление коленчатых валов судна длиной 3–4 метра с применением лазерной порошковой наплавки. Исходный материал: сталь марки 40X, поверхностная твёрдость — 350 HV. Применяемый порошок: железо + легирующие элементы. Результаты: повышенная износостойкость до 500 HV, срок службы увеличен в разы. 
 

 

Пример 3: автомобилестроение. Наплавка автомобильных распределительных валов. Диаметр шеек: 30 мм. Метод наплавки позволил повысить срок эксплуатации изделия. Основание: сталь 30ХГСА. Толщина наплавляемого слоя 0,8–1,5 мм. Применён никелевый порошок. Адгезия с основой — 550 МПа.
 

 

Пример 4: запорная арматура. Наплавка шарового яблока из высокопрочной стали 30Х2Н2ИА (рис. 10). 

 

Рис. 10. Наплавка шарового яблока из высокопрочной стали 

 

Поврежденная область подвергалась глубокой обработке с целью обеспечения долговечности. Наплавлен сверхтвердый порошок. Высота наплавляемого слоя 1–1,2 мм. Адгезия с основой — 500 МПа.

 

Пример 5: сельскохозяйственная техника. Наплавка сельскохозяйственных уборочных ножей комбайнов для белорусской компании, которые ранее изготавливали под заказ в Европе. Новые российские ножи показали не только, что они не уступают европейским, но и даже превосходят по длительности эксплуатации. Материал ножа — закалённая сталь 65Г. Осуществлялась порошковая наплавка слоя Ni+WC или Fe+VC. Высота наплавляемого слоя — 0,5 мм.
Таким образом, лазерная наплавка помогает справляться с дефицитом импортных запчастей и продлевает жизнь рабочим узлам оборудования.

 

На вопрос о безопасности ручных лазерных аппаратов компании, которые можно использовать для наплавки, Николай Грезев отметил, что: 
— Аппараты имеют в комплекте средства индивидуальной защиты (очки, перчатки), сертифицированные конкретно под используемое излучение. Средства проходят строгие тесты и рекомендованы производителями.
— В руководстве по эксплуатации имеются четкие рекомендации по технике безопасности, которые оператор обязан соблюдать.
— На данный момент вместо СНиПов действуют обновленные ГОСТы, разработанные ТК299, которые регламентируют правила работы с лазерным оборудованием.
Поручиться за китайские аналоги докладчик не взялся.

 

 

Захра Мианджи, главный специалист по аддитивным технологиям НПЦ «Лазеры и аппаратура», посвятила выступление SLM-технологии печати металлопорошками, реализованной в оборудовании компании.
Современное оборудование для послойной 3D-печати металлом обладает широким набором возможностей, позволяющим производить изделия сложной формы с высоким уровнем точности и качества. Например, SLM-машины серии MЛ6 имеют различные размеры платформы построения — 100×100, 250×250, 400×400 мм; различное количество лазеров — 1, 2 или 4; герметичные камеры с сепараторами инертного газа; решения для равномерного распределения газа; подогрев платформы до 250°C; систему трехлучевого сканирования; ПО с возможностью формирования различных типов поддержек и траекторий движения лазера (сплошная, линейная, шахматная) рис. 11–13). Они могут работать с различными материалами, при оптимальной настройке режимов позволяя снизить пористость изделий до 0,01%. Достигаемые геометрические возможности: толщины стенок — 0,4–0,5 мм; изготовление отверстий диаметром 0,3 мм; создание углов наклона от 15° до 30°, влияющих на качество поверхностей.

 

Рис.11. Бенч, выращенный на станке МЛ61 

 

Рис. 12. Деталь, выращенная одновременно двумя лазерными источниками

 

Рис. 13. Возможность использования разных типов поддержек 

 

 

Для выбора наилучшей стратегии 3D-печати важны следующие факторы: материал (сталь, титан, никель, алюминий имеют разные тепловые свой­ства и требуют специфической настройки мощности и скорости перемещения луча); геометрия изделия (толщина слоев, ориентация относительно направления печати существенно влияют на выбор подхода); требования к качеству (гладкость поверхности, плотность, механические свой­ства зависят от выбранной стратегии). Например, для тонкостенных элементов и мелких деталей рекомендуется шахматная схема, поскольку она снижает риск отслаивания слоев и улучшает прочность; для крупных массивных деталей подходит линейная или четырехугольная схемы, так как они обеспечивают высокую скорость и однородность структуры. Важно учитывать ограничения конкретной установки: размеры рабочей области, мощность лазера, состав атмосферы (уровень кислорода и азота). Сочетание стратегий и параметров индивидуально для каждого конкретного случая.

 

Примерами изделий из различных отраслей являются:
• Аэрокосмическая промышленность: легкие конструкции крыльев и корпусов беспилотников; детали двигателей реактивных самолетов (например, турбинные лопатки, форсунки топливных насосов); сложные узлы крепления крыла и корпуса самолета.
• Медицинская техника: имплантируемые протезы суставов (коленные, тазобедренные, челюстные имплантаты); индивидуализированные хирургические инструменты и операционные шаблоны; протезы конечностей с интегрированными механизмами подвижности.
• Энергетика и машиностроение: высоконагруженные шестерни и подшипники машин; теплообменники с высокоэффективной теплопередачей; теплообменные элементы и высокопроизводительные котлы.
• Автомобильная отрасль: шатуны, поршневые кольца и клапаны двигателя; узлы подвески и шасси автомобилей повышенной прочности; эксклюзивные компоненты кузовов спортивных автомобилей.
• Ювелирное дело и дизайн: ювелирные украшения из драгоценных металлов (золото, серебро, палладий); художественно-­декоративные предметы интерьера и эксклюзивная мебель.
Они демонстрируют широкий спектр применимости SLM-печати, обеспечивающей создание уникальных конструкций с высокими эксплуатационными характеристиками.

 

 

Дмитрий Тужилин, главный конструктор систем управления НПЦ «Лазеры и аппаратура», в заключительном докладе еще раз подчеркнул высокую роль программного собственной разработки компании для эффективной работы лазерного оборудования. Речь идет о целом пакете, который включает подготовку управляющих программ, непосредственно систему управления, системы контроля технологических режимов и изготавливаемых изделий (рис. 14–15). К дополнительным модулям относятся: искусственный интеллект для оптимизации и автоматизации процессов, автоматическое проектирование траектории движения лазера, методы отслеживания и позиционирования.

 

Рис. 14. Контроль температуры в процессе обработки 

 

Рис. 15. Бесконтактный обмер профилометром: коррекция стратегии обработки, возможность обработки без цифровой модели

 

Многокоординатная резка, коррекция положения режущего луча в реальном времени, контроль качества обработки путем сравнения с виртуальной моделью, подбор оптимальной плотности энергии на поверхности материала при лазерной сварке; постоянный мониторинг ширины шва и глубины проплавления, предупреждения и уведомления о возможных нарушениях режима — все эти процессы управляются специализированными системами. В перспективе планируется развитие новых методик измерений и калибровки, интеграция AI-технологий для анализа и предсказания результатов обработки, повышение уровня автономности и роботизации производственных процессов. Специализированные программные комплексы позволяют существенно повысить эффективность, точность и качество лазерных операций, делая возможным выполнение сложных задач, включая обработку нестандартных форм. Также докладчик подчеркнул, что решение таких сложных задач возможно только при командной работе программистов, конструкторов, технологов.

 

В заключение хочется отметить, что представленная информация продемонстрировала широкие возможности лазерного оборудования, высокий уровень научно-­технического потенциала российских разработчиков и перспективность дальнейшего совершенствования лазерных технологий в нашей стране. Предлагаемое лазерное оборудование для сварки и смежных технологий отличается высокой скоростью и продуктивностью, гибкостью, экономичностью. Тесное сотрудничество разработчиков и индустриальных партнеров позволяет решать задачи со звездочкой, обеспечивая высокое качество конечной продукции.

 

Использованы фотографии из презентаций НПЦ «Лазеры и аппаратура», ООО «ВПГ Лазеруан» 

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 6-2025